2018年4月19日，吉林省“30万吨/年二氧化碳基生物降解塑料”和“30万吨/年纳米级高活性硅土”项目在吉林化学工业循环经济示范区正式启动。
这一总投资30亿元、占地面积18万平方米的项目采用了中国科学院长春应用化学研究所（简称长春应化所）二氧化碳基生物降解塑料的第二代催化剂和最新合成技术。
“这项技术是我们生态环境高分子材料重点实验室研究团队20年攻坚克难的结晶！”面对这来之不易的成绩，长春应化所研究员王献红感慨万千。
二氧化碳需要大幅减排，大量一次性使用的塑料亟待尽快生物降解。这看似毫无关联的两个目标，让长春应化所科研团队在研究与开发道路上历经曲折。
如今苦尽甘来，他们不仅开发出具有我国自主知识产权的完全生物降解塑料——二氧化碳基塑料，更是在全球产业化道路上率先崛起。
环保利器 优势显著
随处可见的塑料包装、乡间农田的残留地膜，人们早已司空见惯。
这些塑料垃圾大多是石油基化工原料制品，其寿命长达百年之久。无论挖土填埋还是高温焚烧，不仅无法使塑料完全降解，还会给生态环境造成极大的危害，特别是过度使用一次性塑料引发的愈益严重的“白色污染”已席卷全球各地，令人触目惊心。
为摘掉塑料这顶“白色污染”的帽子，让塑料实现完全生物降解，科学家们可谓绞尽脑汁。在寻找“性价比最高的”可生物降解材料的过程中，二氧化碳作为一匹“黑马”跃入科研人员的视线中。
众所周知，二氧化碳是温室效应的主要“元凶”。不过鲜为人知的是，它还是一种廉价的碳氧资源。
从结构上看，二氧化碳可视为碳酸的酸酐，且具有不饱和键，因此在合适的催化剂存在下，二氧化碳具有与其他单体合成高分子材料的可能性。
科研人员通过实验发现，二氧化碳可以和数十种化合物反应制备成多种共聚物，但由于催化剂的活性较低、选择性还不够高等原因，绝大部分聚合物仅停留在实验室的水平上。
“迄今为止，只有二氧化碳和环氧化物的共聚物，尤其是二氧化碳和环氧丙烷共聚物（PPC），也就是我们所说的二氧化碳基塑料，具备良好的生物降解性能、成本相对较低，而且还大量利用了二氧化碳（聚合物中二氧化碳的重量含量超过40％）。”王献红表示。
据王献红介绍，二氧化碳基塑料在实现二氧化碳再生利用和彰显环保效应上确实“天赋异禀”。
与普通塑料一样，二氧化碳基塑料制品一旦被废弃，可通过回收利用、高温焚烧和填埋等方式处理。不同的是，如果通过高温焚烧处理，二氧化碳基塑料只会产生二氧化碳和水，不会产生有害烟雾；如果通过填埋处理，二氧化碳基塑料则在短短6个月内便能完全堆肥降解，不会对环境造成二次污染。
此外，二氧化碳基塑料还是生物降解塑料中气体阻隔性最好的材料之一，可在薄膜包装和农用地膜等方面大展拳脚。
而且，采用二氧化碳为主要原材料，其成本也大大低于其他生物降解材料。“二氧化碳成本低于800元/吨，而通常的高分子工业的单体成本超过5000元/吨，因此若能解决催化剂的活性和选择性困局，二氧化碳就能成为高分子工业有竞争力的新单体。”王献红坦言。
显然，与传统的以石油为原料制成的塑料相比，二氧化碳基塑料既能减少二氧化碳排放，缓解温室气体效应，还能从根源上彻底解决全球性的“白色污染”问题，几乎堪称“完美材料”。
产业先锋 厚积薄发
科学研究的最终目的是服务于社会。正是出于对这一真理的透彻理解，在技术开发硕果累累的同时，长春应化所团队还在二氧化碳基塑料产业化的道路上风生水起，越走越远。
事实上，早在1969年，日本便率先实现了二氧化碳与环氧化物的共聚。然而其合成过程中始终存在的催化剂效率低、聚合物加工性差、成本高等难题成为二氧化碳基塑料及其产业化的瓶颈。
为了打破这一技术瓶颈，科研团队通过二十余年的技术积淀，厚积薄发，不仅在研发水平上跻身世界前列，还在产业化发展上处于国际领先地位。
1997年，科研团队发展了第一代催化剂技术，即稀土三元催化剂技术。为让技术更快落地生根，加快产业化进程，2001年，长春应化所与内蒙古蒙西集团合作，历经3年的研发攻关，建成世界上首条千吨级二氧化碳共聚物中试线，完成了第一代催化剂的中试，实现了二氧化碳基塑料工业化从不可能到可能的突破，从而确立了我国在该领域的国际领导地位。
不满足于已有成绩，继续迎接挑战，一直是这支科研团队的主旋律。2004年10月，长春应化所承担并实施了吉林省科技发展计划重大项目——二氧化碳共聚物及其产品产业化推进项目。历时四年，团队成员攻坚克难，开发了多元共聚新型稀土催化剂和强化交联的新技术，在国际上首次解决了二氧化碳共聚物在30℃以上存在严重冷流现象这一难题，率先开发出具有生物可降解性能的高阻隔薄膜材料。
面对二氧化碳基塑料工业化面临的一系列世界性难题的逐步解决，长春应化所团队从未止步，因为他们深知，最大的难题永远是下一个。
2007年，通过改进体系和工艺，科研团队又与中国海洋石油集团有限公司合作，在海南建立了年产5000吨二氧化碳基塑料的现代化工业生产装置，于2010年12月完成了全流程运转。
对于二氧化碳基塑料产业化而言，2009年有着特别的意义。在这一年，长春应化所团队开始与浙江邦丰塑料有限公司合作。正是这一次的合作让整个团队得到了前所未有的历练。
从购买设备，到安装、调试，直至最后生产，这个由20多人组成的科研团队亲历了整个过程。“每个人都获益颇丰，增长了许多‘实战’经验，最重要的是，我们对未来的工作充满了信心。”王献红说。
功夫不负有心人。2013年，世界最大的年产3万吨的二氧化碳基塑料生产装置在浙江邦丰塑料有限公司建成，并生产出世界上第一个二氧化碳基塑料的成熟产品，二氧化碳基塑料树脂和薄膜产品以“PCO2”的商标在美国以百吨级销售。
创新远远没有止境。2015年，在现有技术基础之上，科研团队再一次大胆创新，开发出了活性和选择性更为优越的第二代催化剂技术—高热稳定的锌系催化体系，并在长春应化所高新北区（吉林省新材料孵化园区）的百吨级中试上完善了新工艺。
如今，该专利技术已转让给香港博大东方集团，其旗下的吉林万泰环保科技有限公司与长春应化所创办了博大东方新型化工（吉林）有限公司，专门从事二氧化碳基塑料研发、生产、销售及应用技术开发。而由该技术生产的生物降解地膜目前也在多个省市进行多种作物田间试验，取得了很好的效果。
“从内蒙到海南，到浙江，再回到吉林，我们绕了一大圈，又回到了这里。虽然一路走来很是艰辛，但是团队的整个工程和设计的水平得到了极大的提高。这一次我们信心十足！”王献红表示。
如果将二氧化碳基塑料的研发攻关比作一场竞赛，中国的起步显然并不是最早的。但是，在长春应化所科研团队数十年如一日，兢兢业业的创新探索下，如今中国已掌握具有自主知识产权的领先技术，更在绿色产业化道路上领跑世界。
这条征途没有尽头。“下一步主要围绕高分子量二氧化碳基塑料的制备和规模应用为主线进行布局，利用吉林市30万吨过氧化氢法环氧丙烷（HPPO）生产线的原料优势，一方面是加快第三代催化剂—环保型铝系催化剂的研发进度，另一方面是解决30万吨高分子量二氧化碳基塑料（HMW-PPC）的工业化制备和生产技术，突破PPC基的超薄农用地膜、‘两快’包装的低成本包装膜等三个专用料关键技术，在吉林省形成150~200亿元的生物降解塑料产业链。”面对未来，王献红及其团队早已在心中勾勒出了清晰的发展蓝图。■